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1、执行器,概述 执行机构 调节机构 阀门定位器,1,全面分析,气动薄膜 直通单座阀,气动薄膜 直通双座阀,气动蝶阀,气动球阀,气动切断阀,电动 直通单座阀,电动 隔膜阀,电动 三通阀,气动薄膜 角形阀,电磁阀,手动截止阀,对执行器的初步认识,1.概述,2,全面分析,执行器在自控系统中的作用,执行器是指：阀门调节阀(连续的)、开关阀(过程控制范畴) 电机连续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用),执行器是控制系统必不可少的环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触 (强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压,
2、执行器在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而达到调节操作变量流量的目的。,执行器通常专指阀门,3,全面分析,执行器的构成,4,全面分析,执行器由执行机构和控制（调节）机构两个部分构成,辅助装置：阀门定位器 和 手动操作机构,执行机构,调节机构,PO,IO,F l,M,流通截面积,操纵变量的流量,执行机构根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达)。 它是执行器的推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置 控制机构根据推力产生位移或转角，改变开度。 它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触
3、，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置 手操机构手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。,5,全面分析,气动执行器,分类按使用的能源形式：,电动执行器,液动执行器,气动阀,电动阀,在过程控制领域应用很少,按阀门的输出：,连续式(0100),开关式(ON/OFF),调节阀*,6,全面分析,气动调节阀采用气动执行机构,优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆 缺点：响应时间大，信号不适于远传 采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号
4、,气动调节阀,电信号,气信号,电动调节阀,电动调节阀采用电动执行机构,优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离的信号传送 缺点：输出力较小、价格贵， 且一般只适用于防爆要求不高的场合,7,全面分析,直通双座调节阀 直通单座调节阀 笼式（套筒）调节阀 角型调节阀 三通调节阀 高压调节阀 隔膜调节阀 波纹管密封调节阀 超高压调节阀 小流量调节阀 低噪音调节阀,直 行 程 式 调 节 机 构,角 行 程 式 调 节 机 构,同一类型的气动/电动调节阀，分别采用气动执行机构和电动执行机构,蝶阀 凸轮挠曲调节阀 V型球阀 O型球阀,分类按使用的调节机构：,8,全面分析,反作用：当输入信号增大时，流过
5、执行器的流量减小 气动调节阀通常称为气关阀,正作用：当输入信号增大时，执行器的开度增大，即流过执行器的流量增大 气动调节阀通常称为气开阀,执行器的作用方式,从安全生产的角度来确定正反作用,如果，介质是由强腐蚀性的，再生产过程中不允许溢出，调节阀的作用形式？ 如果后面的环节不允许没有物料，调节阀的作用形式？,9,全面分析,根据控制信号的大小，产生相应的输出力F和位移M(直线位移l或角位移) 输出力F用于克服调节机构中流动流体对阀芯产生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力； 位移(l或)用于带动调节机构阀芯动作,2. 执行机构,气动执行机构,电动执行机构,10,全面分析,气动执行机构主要分
6、为两大类：薄膜式与活塞式 薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种,2.1. 气动执行机构,11,全面分析,气源 PO,气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理,气源PO,气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。,12,全面分析,气动活塞式执行机构基本结构和工作原理,基本部件：活塞和气缸 活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动 两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。 它的输出特性有比例式及两位式两种。 两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到
7、另一极端位置 比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。,13,全面分析,构成原理,2.2. 电动执行机构,输入信号,伺服放大器,伺服电机,减速器,输出,位置发生器,供参考,14,全面分析,调节机构是执行器的调节部分，在执行机构的输出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。,3. 调节机构,15,全面分析,1执行机构 2阀杆 3阀芯 4阀座 5阀体 6转轴 7阀板,主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴,调节机构的结构和特点,16,全面分析,单导向结构,直通单座调节阀：
8、 阀体内只有一个阀芯和一个阀座。 结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断） 允许压差小（双导向结构的允许压差较单导向结构大）。,常用调节阀结构示意图及特点直通单座调节阀,双导向结构,它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。,17,全面分析,直通双座调节阀： 阀体内有两个阀芯和阀座 。 因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大 上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大的特点。,常用调节阀结构示意图及特点直通双座调节阀,均为双导向结构,它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的
9、场合。,18,全面分析,角形调节阀： 阀体为直角形 流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调节。 角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好， 在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。 角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。,常用调节阀结构示意图及特点角形调节阀,19,全面分析,分流三通调节阀,三通调节阀： 阀体有三个接管口，适用于三个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度调节、配比调节和旁路调节。 在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是150，否则会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏。
10、 三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。,常用调节阀结构示意图及特点三通调节阀,合流三通调节阀,20,全面分析,蝶阀： 蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。 结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大 特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合 泄漏较大 蝶阀通常工作转角应小于70，此时流量特性与等百分比特性相似 多用于开关阀,常用调节阀结构示意图及特点蝶阀,蝶阀,21,全面分析,套筒阀： 套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称
11、笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。 套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），套筒移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量调节。 套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。 套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。,常用调节阀结构示意图及特点套筒阀,套筒阀,22,全面分析,偏心旋转阀： 转轴带动阀芯偏心旋转 体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。,常用调节阀结构示意图及特点偏心旋转阀,偏心旋
12、转阀,23,全面分析,“O”形球阀： 阀芯为一球体 阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。 该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大 流量特性为快开特性，一般用于位式控制。,常用调节阀结构示意图及特点“O”形球阀,“O”形球阀,24,全面分析,“V”形球阀： 阀芯也为一球体 但球体上开孔为V形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持为三角形。 该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能力大，可调比大 流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。,常用调节阀结构示意图及特点“V”形球阀,“V”形球阀,25,全面
13、分析,4 电气转换器/阀门定位器,电气转换器,电气阀门定位器,压缩空气过滤器,26,全面分析,阀门定位器,将控制信号（I0或PO），成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移,可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反馈系统（各参数的名称?如被控变量等),阀杆位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。,阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力 在什么情况下需要使用阀门定位器？,答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等（小口径阀门一般较少使用） 阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减
14、少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。,27,全面分析,按结构形式，阀门定位器可以分为: 电/气阀门定位器 气动阀门定位器 智能式阀门定位器。,28,全面分析,电气阀门定位器,电气阀门定位器作用： 1.将420mA或010mA转换为气信号，用以控制气动调节阀 2.它还能够起到阀门定位的作用,当输入IO 对主杠杆2产生向左的力F1 主杠杆绕支点反时针偏转 挡板13靠近喷嘴15 Pa 使阀杆向下移动 并带动反馈杆9绕支点4偏转 凸轮5也跟着逆时针偏转 从而使反馈弹簧11拉伸 最终使阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。,Pa,29,全面分析,特性,Ki,Io,Fi,li,Mi,K1,Pa,K2,L,Kf,Ff,lf,Mf,30,全面分析,阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数Ki、力臂长度li以及反馈部分的反馈系数Kf，而与执行机构的时间常数和放大系数，即执行机构的膜片有效面积和弹簧刚度无关，因此阀门定位器能消除执行机构膜片有效面积和弹簧刚度变化的影响，提高执行机构的线性度，实现准确定位。,31,全面分析,气动阀门定位器,原理与前者完全相同 气动力矩平衡式阀门定位器要将正作用改装成反作用，只要把波纹管的位置从主杠杆的右侧调到左侧即可。,32,全面分析,